EP3799670A1 - Low-voltage power switch and arc fault detection unit with compensation due to phase shifting - Google Patents

Low-voltage power switch and arc fault detection unit with compensation due to phase shifting

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EP3799670A1
EP3799670A1 EP18785862.6A EP18785862A EP3799670A1 EP 3799670 A1 EP3799670 A1 EP 3799670A1 EP 18785862 A EP18785862 A EP 18785862A EP 3799670 A1 EP3799670 A1 EP 3799670A1
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EP
European Patent Office
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voltage
current
low
rogowski coil
conductor
Prior art date
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EP18785862.6A
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German (de)
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EP3799670B1 (en
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Karsten Wenzlaff
Jörg Meyer
Peter Schegner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

Definitions

  • the invention relates to a low-voltage circuit breaker for a low-voltage AC circuit according to the Oberbe handle of claim 1, an arcing detection unit for a low-voltage AC circuit according to the preamble of claim 3 and a method for arc detection for a low-voltage AC circuit according to the preamble of claim 9.
  • Circuit breakers are protective devices that function similarly to a fuse. Circuit breakers monitor the current flowing through them by means of a conductor and interrupt the electrical current or energy flow to an energy sink or a consumer, which is referred to as a trigger if protective parameters, such as current limit values or current time period limit values, i.e. if a current value is available for a certain period of time, are exceeded.
  • protective parameters such as current limit values or current time period limit values, i.e. if a current value is available for a certain period of time, are exceeded.
  • the set current limit values or current time period limit values are corresponding trigger reasons. The interruption occurs, for example, through contacts of the circuit breaker that are opened.
  • circuit breakers In particular for low-voltage circuits, systems or networks, there are various types of circuit breakers depending on the amount of electrical current provided in the electrical circuit. With circuit breakers in the sense of the invention, in particular switches are meant as they are used in low voltage systems for currents, in particular nominal currents or maximum currents, of 63 to 6300 amperes. Closed circuit breakers are more specifically used for currents from 63 to 1600 amps, in particular from 125 to 630 or 1200 amps. Open circuit breakers are used in particular for currents from 630 to 6300 amps, more particularly from 1200 to 6300 amps. Open circuit breakers are also referred to as air circuit breakers (ACB), and closed circuit breakers as molded case circuit breakers or molded case circuit breakers (MCCB).
  • ACB air circuit breakers
  • MCCB molded case circuit breakers
  • Low voltage means voltages up to 1000 volts AC or 1500 volts DC. Low voltage means more particularly voltages that are greater than the low voltage with values of 50 volts AC or 120 volts DC.
  • circuit breakers in the sense of the invention are in particular circuit breakers with a serve as a control unit, the electronic trip unit, also referred to as an electronic trip unit, ETU for short.
  • ETU electronic trip unit
  • Switching arcs such as those that occur during electrical switching, in particular at the contacts, are not meant here.
  • Arc faults refer to arcs as they occur in the event of electrical faults in the circuit or in the system. For example, these can be caused by short circuits or
  • Parallel arcing faults can e.g. caused by aging of the insulation material or presence of conductive contamination between phase conductors. You can choose between two different phase conductors, between phase conductor (L) and earth conductor (PE), or between phase conductor and
  • Neutral conductor (N) occur.
  • the parallel arc also results from a serial arc, e.g. due to improper work or incorrectly dimensioned touching devices.
  • an arc has the properties of a parallel and a serial arc, this is referred to as a combined arc.
  • arcing faults create a conductive, faulty connection between conductors or system parts.
  • One possibility is to identify an arcing fault from measured voltage and current values by evaluating characteristic properties. This is often done by using a microprocessor to evaluate the voltage and current values or to carry out corresponding calculations. For many algorithms, phase and voltage values must be available in order to reliably detect an arcing fault or to avoid errors in the detection so that it is not interrupted of the low-voltage circuit, although there was no arcing fault.
  • the voltages are usually averaged with voltage sensors, which usually work in phase.
  • measuring resistors so-called shunts, have been used to determine the currents.
  • the voltage is measured via a known resistance and the current is averaged from it. This provides a phase-accurate determination of the level of the current.
  • measuring resistors have the disadvantage that considerable power losses occur in proportion to the amount of current. These should not be neglected, especially in low-voltage AC networks with high current.
  • Rogowski coils for determining the level of the current. These supply a voltage proportional to the differentiated current. The level of the current can be determined by integrating this voltage. Rogowski coils have the disadvantage that the determined amount of the current is not in phase. This is generated by the stray field inductance of the coil of the Rogowski coil. However, Rogowski coils have the advantage that they have potential isolation, high current resistance and small sizes.
  • the object of the present invention is to enable the use of Rogowski coils for determining phase-accurate current values, in particular for arc fault detection, especially for a low-voltage circuit breaker and an arc fault detection unit.
  • a low-voltage circuit breaker ter with the features of claim 1, an arc fault detection unit with the features of claim 3 or a method with the features of claim 9.
  • an arrangement for a low-voltage alternating current circuit in particular a low-voltage circuit breaker or an arcing fault detection unit, is proposed, comprising:
  • At least one Rogowski coil for determining the amount of electrical current of a conductor, in particular Rogowsku len for all conductors, the low-voltage AC circuit, which outputs an analog voltage (PI), which is an equivalent of the amount of electrical current of the conductor.
  • PI analog voltage
  • a microprocessor which performs an arcing fault detection with the determined amount of current and voltage of the low-voltage alternating current circuit and, when at least one limit value is exceeded, emits an arcing fault detection signal.
  • the arrangement is designed according to the invention in that the Rogowski coil (or each Rogowski coil) is connected to (each) egg nem an analog integrator, which (each) is followed by an analog-digital converter, which (each) the integrated analog voltage in (each ) implements a digital signal that is (are) processed by the microprocessor in such a way that the by the Rogowski coil and the Ro
  • Rogowski coils with the advantages mentioned can be used in particular for the detection of arcing faults, whereby simple algorithms for arcing fault detection can also be used by the compensation of the phase shift or the algorithms in this case deliver reliable results and are faulty Interruptions to the low-voltage circuit to be protected can be avoided.
  • an amplifier is provided between the Rogowski coil and the analog-digital converter.
  • a differential amplifier can be provided to increase the amplitude.
  • a filter is connected downstream of the Rogowski coil or the integrator, or a filter is connected upstream of the analog-digital converter.
  • the Rogowski coil is characterized by a mutual inductance, a stray field inductance and a winding resistance; the analog integrator has at least one resistance-capacitor arrangement, with a resulting capacitance and a resulting resistance.
  • the digital signal by means of the mutual inductance
  • Stray field inductance, the resulting capacitance and the sum of winding resistance and resulting resistance are calculated in phase current values.
  • the in-phase digital current values for the amount of current in the conductor are calculated using the following formula:
  • the voltage values and current values are fed to a microprocessor which is designed in such a way that an interference arc detection is carried out and an internal arc detection signal is emitted if at least one limit value is exceeded.
  • the analog voltage is integrated and further processed in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil and the integrator, and possibly other components, is compensated for, so that phase values for the arcing fault detection are determined and used.
  • Figure 1 is a block diagram of a low voltage power switch
  • Figure 2 is a block diagram of an arc fault detection unit
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil
  • FIG. 5 shows a first diagram with a voltage and current curve
  • FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil and an integrator
  • FIG. 7 shows a second diagram with a voltage and current curve
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram with combined components
  • Figure 9 shows a third diagram with a first and a two-th current profile.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram of a low-voltage circuit breaker LS.
  • Figure 1 shows electrical conductors LI, L2, L3, N of a low-voltage circuit, for example a three-phase AC circuit, the first conductor LI the first phase with the first phase current ip (t), the second conductor L2 the second phase with the second phase current , the third conductor L3 forms the third phase with the third phase current and the fourth conductor forms the neutral conductor N with the neutral conductor current of the three-phase AC circuit.
  • the first conductor LI is connected to an energy converter EW (for example as part of a converter set) in such a way that at least part of the current, ie a partial conductor current, or the entire current of the first conductor LI through the primary side of the energy converter EW flows.
  • a conductor in the example the first conductor LI, usually forms the primary side of the energy converter EW.
  • the energy converter EW is usually a transformer with a core, for example an iron converter.
  • an energy converter EW can be provided in each phase or in each conductor of the electrical circuit.
  • the secondary side of the energy converter EW or each envisaged energy converter is connected to a power supply unit NT (or more power supply units) which provides a power supply, for example a self-supply, for example in the form of a supply voltage, for the units of the low-voltage circuit breaker, in particular an electronic trip unit ETU, available, represented by a dashed line Ver connection of operating voltage conductors BS.
  • the power supply unit NT can also be connected to at least one or all of the current units SEI, SE2, SE3, SEN, for energy supply to the current units - if necessary.
  • Each current unit SEI, SE2, SE3, SEN is connected to a Roowski coil RS1, RS2, RS3, RSN, for determining the amount of electrical current of the conductor of the electrical circuit assigned to it.
  • the first current unit SEI is the first conductor LI, i.e. the first phase; the second power unit SE2 to the second conductor L2, i.e. the second phase; the third power unit SE3 the third conductor L3, i.e. the third phase; the fourth Stromein unit SEN assigned to the (fourth conductor) neutral conductor N.
  • the Rogowski coils RS1, RS2, RS3, RSN deliver an analog voltage Al, A2, A3, AN proportional to the level of the conductor current at their output. This is fed to the first to fourth current units SEI, SE2, SE3, SEN.
  • the first to fourth current units SEI, SE2, SE3, SEN are part of the electronic trip unit ETU. However, they can also be provided as a separate unit (s).
  • the current units SEI, SE2, SE3, SEN are used to process the voltage of the respective Rogowski coils.
  • the current units SEI, SE2, SE3, SEN deliver, for example, a digital signal PI, P2, P3, NS to a microprocessor MP which e.g. is provided in the electronic trip unit ETU.
  • the transmitted digital signals PI, P2, P3, NS are compared in the electronic tripping unit ETU with current limit values and / or current-time limit values, which form the triggering reasons. If this is exceeded, an interruption of the electrical circuit is initiated.
  • Overcurrent and / or short-circuit protection is hereby implemented. This can take place, for example, in that an interruption unit UE is provided which, on the one hand, is connected to the electronic trigger unit ETU is connected and on the other hand has contacts K to interrupt the conductors LI, L2, L3, N or other conductors. In this case, the interruption unit UE receives an interruption signal for opening the contacts K.
  • FIG. 2 shows an arrangement for internal arc detection with an internal arc detection unit SLE, identical units according to FIG. 1 being provided.
  • This has at least one Rogowski coil RS1 for determining the level of the electrical current of a conductor LI of the low-voltage alternating circuit, which outputs an analog voltage Al, which is an equivalent of the level of the electrical current of the conductor LI.
  • the Rogowski coil RS1 is connected to a power unit SEI.
  • it has at least one voltage sensor SS for determining the level of the voltage of the conductor LI or the conductor of the low-voltage alternating current circuit.
  • microprocessor MP which is connected to the current unit SEI and the voltage sensor SS, the determined level of the current and the voltage of the low-voltage alternating current circuit being used for arc fault detection by the microprocessor. If at least one or more limit values / internal arc limit values are exceeded, an internal arc detection signal SLES is emitted.
  • the internal arc detection can take place according to known methods, for example a signal curve analysis of the voltage and / or the current, a differentiating or integrating solution, etc.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a current unit SEI according to FIG. 2 or FIG. 1.
  • This has an analog integrator INT, which is connected to the Rogowski coil RS1.
  • the analog voltage Al of the Rogowski coil is fed to this.
  • analog integrator is meant an integrator that uses dis- Crete components, such as capacitors, inductors, resistors, etc. performs an integration, according to the analog circuitry. Ie an analog signal is integrated.
  • the analog integrator INT supplies an integrated analog voltage uc (t).
  • this is implemented directly in analog-digital form, e.g. by an analog-to-digital converter ADU, which emits a digital signal PI to the microprocessor MP.
  • a filter FI and / or amplifier V can be provided in any order between the analog integrator INT and the analog-digital converter ADU, for example according to FIG. 3.
  • a filter can also be provided in front of the integrator INT.
  • the microprocessor MP is designed in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil RS1 and by the Rogowski coil, in particular the integrator INT, where appropriate the filter FI and / or amplifier V, is compensated for, so that phase values for current ip (t ) are determined and used for arcing fault detection.
  • the current unit SEI or the arrangement / configuration according to FIG. 3 can be part of the low-voltage circuit breaker according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil RS1.
  • a current ip (t) of the assigned conductor causes an analog voltage ur (t) of the Rogowski coil, which corresponds to the analog voltage Al.
  • a mutual inductance M is entered on the equivalent circuit side, this corresponds to the magnetic coupling.
  • the stray field inductance L lying in series leads to a phase shift of the output voltage.
  • the winding resistance RR in series leads to a change in the amplitude.
  • FIG. 5 shows an example of a course.
  • FIG. 5 shows a first diagram with a voltage curve ur or ur (t) in mV of the output voltage of the Rogowski coil and a current curve ip or ip (t) in A of the current of the conductor over time t in ms, which is on the horizontal Axis is specified. The phase shift between current and voltage is clearly visible.
  • Figure 6 shows an arrangement according to Figure 4, with the difference that an integrator INT is connected to the output of the Rogowski coil RS1, in the example consisting of an RC element, with a resulting capacitance C, e.g. in the form of one or more capacitors, and an integrator resistor (Rinte) is connected in series with at least one conductor or both conductors.
  • an integrator INT is connected to the output of the Rogowski coil RS1, in the example consisting of an RC element, with a resulting capacitance C, e.g. in the form of one or more capacitors, and an integrator resistor (Rinte) is connected in series with at least one conductor or both conductors.
  • the integrated analog output voltage uc (t) is output at the integrator INT.
  • FIG. 7 shows a second diagram with a voltage and current profile according to FIG. 5, with the difference that Instead of the voltage ur (t) or Al of the Rogowski coil RS1, the integrated analog voltage uc or uc (t) is plotted in mV over the time t in ms.
  • phase shift is partially compensated by the analog integration, as can be seen in FIG. 7, but not completely.
  • FIG 8 shows an equivalent circuit diagram according to Figure 6 with summarized components.
  • FIG. 9 shows a third diagram with a first and a second current profile according to FIG. 5, with the difference that instead of the integrated analog voltage uc or uc (t), the calculated current ip or ip (t) - B compared to measured current ip or ip (t) - G is plotted against the time t in ms.
  • phase-correct current values that can be used to protect the low-voltage alternating current circuit, in particular for the detection of arcing faults and for the detection of other fault situations.
  • phase-accurate or phase-correct current values are therefore phase-accurate or phase-correct current values, these phase-correct voltage and current values being advantageous for arc fault detection or the detection of other fault situations Protection of the low-voltage AC circuit used who can.
  • an analog integrator circuit is therefore used, which can consist, for example, of an RC element.
  • a replacement circuit diagram corresponding to FIG. 6 is obtained, the winding capacity of the Rogowski coil being neglected.
  • the phase shift is only partially compensated for by the integrator. The phase difference is shown in FIG. 7
  • the current in the conductor or primary current is now calculated by the back calculation of the transmission behavior of the Ro
  • Components are these or can also be calculated back according to the invention. This is done according to the
  • Rogowski coils can in future be used in protective devices such as low-voltage circuit breakers or arcing detection units for the detection of demanding fault situations.
  • u M (t) u L (t) + u R (t) + u c (t) (1) can determine the voltage by (t) over the mutual inductance M and thus calculate the primary current iP after a numerical integration, for example in the microprocessor MP.
  • the voltage u c (t) is the measured value across the capacitance C of the integrator INT.
  • the secondary current is used to calculate the individual voltages
  • the voltage across the combined resistance of the Rogowski coil and integrator can be calculated using the following formula: du c (t)
  • the voltage across an inductor is generally calculated according to di (t)
  • the current is used to calculate the voltage u L across the inductance
  • u L can be calculated directly from the measured voltage u c : d 2 u c (t)
  • the integration of the current change determines the primary current as follows:
  • gowski coil can be dispensed with.

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Abstract

The invention relates to a Rogowski coil for determining the magnitude of the electrical current of a conductor of a low-voltage AC circuit, which outputs an analogue voltage which is equivalent to the magnitude of the electrical current of the conductor. The Rogowski coil is connected to an analogue integrator, which is followed by an analogue-digital converter, which converts the integrated analogue voltage into a digital signal which is further processed by a microprocessor in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil and the components connected downstream of the Rogowski coil is compensated such that there are in-phase current values for the detection of error situations in order to protect the low-volatge AC circuit, in particular for a low-voltage power switch or an arc fault detection unit.

Description

Beschreibung description
NIEDERSPANNUNGSLEISTUNGSSCHALTER UND STÖRLICHTBOGENERKENNUNGSEINHEIT MIT KOMPENSIERUNG WEGEN LOW VOLTAGE SWITCH AND ARC DETECTION UNIT WITH COMPENSATION
PHASENVERSCHIEBUNG PHASE SHIFT
Die Erfindung betrifft einen Niederspannungsleistungsschalter für einen Niederspannungswechselstromkreis nach dem Oberbe griff von Patentanspruch 1, eine Störlichtbogenerkennungsein heit für einen Niederspannungswechselstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 3 und ein Verfahren zur Stör lichtbogenerkennung für einen Niederspannungswechselstrom kreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. The invention relates to a low-voltage circuit breaker for a low-voltage AC circuit according to the Oberbe handle of claim 1, an arcing detection unit for a low-voltage AC circuit according to the preamble of claim 3 and a method for arc detection for a low-voltage AC circuit according to the preamble of claim 9.
Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Si cherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unter brechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung be zeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die einge stellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe . Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die ge öffnet werden. Circuit breakers are protective devices that function similarly to a fuse. Circuit breakers monitor the current flowing through them by means of a conductor and interrupt the electrical current or energy flow to an energy sink or a consumer, which is referred to as a trigger if protective parameters, such as current limit values or current time period limit values, i.e. if a current value is available for a certain period of time, are exceeded. The set current limit values or current time period limit values are corresponding trigger reasons. The interruption occurs, for example, through contacts of the circuit breaker that are opened.
Insbesondere für Niederspannungsstromkreise, -anlagen bzw. - netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektri schen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Nie derspannungsanlagen für Ströme, insbesondere Nennströme bzw. maximal Ströme, von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden ins besondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet. Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, be zeichnet . In particular for low-voltage circuits, systems or networks, there are various types of circuit breakers depending on the amount of electrical current provided in the electrical circuit. With circuit breakers in the sense of the invention, in particular switches are meant as they are used in low voltage systems for currents, in particular nominal currents or maximum currents, of 63 to 6300 amperes. Closed circuit breakers are more specifically used for currents from 63 to 1600 amps, in particular from 125 to 630 or 1200 amps. Open circuit breakers are used in particular for currents from 630 to 6300 amps, more particularly from 1200 to 6300 amps. Open circuit breakers are also referred to as air circuit breakers (ACB), and closed circuit breakers as molded case circuit breakers or molded case circuit breakers (MCCB).
Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspan nung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspan nung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung mit Werten von 50 Volt Wechsel spannung oder 120 Volt Gleichspannung sind. Low voltage means voltages up to 1000 volts AC or 1500 volts DC. Low voltage means more particularly voltages that are greater than the low voltage with values of 50 volts AC or 120 volts DC.
Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesonde re Leistungsschalter mit einer als Steuerungseinheit dienen den elektronischen Auslöseeinheit , auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint. With circuit breakers in the sense of the invention are in particular circuit breakers with a serve as a control unit, the electronic trip unit, also referred to as an electronic trip unit, ETU for short.
In Niederspannungswechselstromkreisen bzw. Niederspannungsan lagen respektive Niederspannungsnetzen sind Kurzschlüsse meist mit auftretenden Störlichtbögen, wie parallele oder se rielle Störlichtbögen, verbunden. Besonders in leistungsstar ken Verteil- und Schaltanlagen können diese Störlichtbögen bei einer nicht ausreichend schnellen Abschaltung zu verhee renden Zerstörungen von Betriebsmitteln, Anlagenteilen oder kompletten Schaltanlagen führen. Um einen länger andauernden und großflächigen Ausfall der Energieversorgung zu vermeiden und Personen- sowie generell Schäden zu reduzieren, ist es erforderlich derartige Störlichtbögen, insbesondere strom starke bzw. parallele Störlichtbögen, in wenigen Millisekun den zu erkennen und zu löschen. Konventionelle Schutzsysteme von Energieversorgungsanlagen können unter den geforderten zeitlichen Anforderungen keinen zuverlässigen Schutz bieten. In low-voltage alternating current circuits or low-voltage systems or low-voltage networks, short circuits are mostly associated with arcing faults, such as parallel or serial arcing faults. Particularly in high-performance distribution and switchgear systems, these arcing faults can lead to devastating destruction of equipment, system parts or complete switchgear systems if they are not switched off quickly enough. In order to avoid a long-term and large-scale failure of the energy supply and to reduce personal and general damage, it is necessary to detect and extinguish such arcing, in particular current-rich or parallel arcing, in a few milliseconds. Conventional protection systems of energy supply systems cannot offer reliable protection under the required time requirements.
Schaltlichtbögen, wie sie beim elektrischen Schalten, insbe sondere an den Kontakten, auftreten, sind hiermit nicht ge meint. Switching arcs, such as those that occur during electrical switching, in particular at the contacts, are not meant here.
Mit Störlichtbögen sind Lichtbögen gemeint, wie sie bei elektrischen Fehlern im Stromkreis bzw. in der Anlage auftre- ten. Beispielsweise können diese durch Kurzschlüsse bzw. Arc faults refer to arcs as they occur in the event of electrical faults in the circuit or in the system. For example, these can be caused by short circuits or
schlechte Verbindungen hervorgerufen werden. bad connections are caused.
Fließt ein Strom in einem fehlerbehafteten Phasenleiter, bei spielsweise mit reduziertem Querschnitt, z.B. durch Quet schung, so führt dies bedingt durch die verminderte Strom tragfähigkeit zu einer unzulässigen Erwärmung und in Folge dessen ggf. zum Aufschmelzen des Leiters und einem seriellen Störlichtbogen . If a current flows in a faulty phase conductor, for example with a reduced cross section, e.g. due to squeezing, this leads to inadmissible heating due to the reduced current carrying capacity and, as a result, possibly to the melting of the conductor and a serial arcing fault.
Wenn ein (Fast-) Kurzschluss mit einem anderen Phasenleiter auftritt, wird von einem parallelen Störlichtbogen gespro chen .  If an (almost) short circuit occurs with another phase conductor, a parallel arcing fault is used.
Parallele Störlichtbögen können z.B. durch Alterung des Iso lationsmaterials oder Präsenz von leitender Verschmutzung zwischen Phasenleitern verursacht werden. Sie können zwischen zwei verschiedenen Phasenleitern, zwischen Phasenleiter (L) und Erdungsleiter (PE) , oder zwischen Phasenleiter und  Parallel arcing faults can e.g. caused by aging of the insulation material or presence of conductive contamination between phase conductors. You can choose between two different phase conductors, between phase conductor (L) and earth conductor (PE), or between phase conductor and
Neutralleiter (N) auftreten. In vielen Fällen entsteht der parallele Lichtbogen auch infolge eines seriellen Lichtbo gens, z.B. durch unsachgemäße Arbeiten oder falsch dimensio nierte Berührungsmittel. Neutral conductor (N) occur. In many cases, the parallel arc also results from a serial arc, e.g. due to improper work or incorrectly dimensioned touching devices.
Falls ein Lichtbogen die Eigenschaften eines parallelen und eines seriellen Störlichtbogens aufweist, bezeichnet man dies als kombinierten Störlichtbogen.  If an arc has the properties of a parallel and a serial arc, this is referred to as a combined arc.
Generell stellen Störlichtbögen eine leitende, fehlerhafte Verbindung zwischen Leitern bzw. Anlageteilen her. In general, arcing faults create a conductive, faulty connection between conductors or system parts.
Mittlerweile gibt es verschiedene Möglichkeiten Störlichtbö gen zu erkennen. Eine Möglichkeit besteht darin, aus gemesse nen Spannungs- und Stromwerten durch Auswertung charakteris tischer Eigenschaften einen Störlichtbogen zu erkennen. Dies erfolgt häufig dadurch, dass mittels eines Mikroprozessors die Spannungs- und Stromwerte ausgewertet bzw. entsprechende Berechnungen durchgeführt werden. Für viele Algorithmen müs sen phasengenaue Spannungs- und Stromwerte vorliegen, um ei nen Störlichtbogen sicher zu erkennen bzw. Fehler bei der Er kennung zu vermeiden, damit es im Weiteren nicht zu Unterbre- chungen des Niederspannungsstromkreises kommt, obwohl kein Störlichtbogen vorlag. There are now various ways of detecting arcing faults. One possibility is to identify an arcing fault from measured voltage and current values by evaluating characteristic properties. This is often done by using a microprocessor to evaluate the voltage and current values or to carry out corresponding calculations. For many algorithms, phase and voltage values must be available in order to reliably detect an arcing fault or to avoid errors in the detection so that it is not interrupted of the low-voltage circuit, although there was no arcing fault.
Die Spannungen werden üblicherweise mit Spannungssensoren er mittelt, diese arbeiten üblicherweise phasengenau. The voltages are usually averaged with voltage sensors, which usually work in phase.
Für die Ermittlung der Ströme wurden bisher Messwiderstände, so genannte Shunts, eingesetzt. Dabei wird die Spannung über einen bekannten Widerstand gemessen und daraus der Strom er mittelt. Damit ist eine phasengenaue Ermittlung der Höhe des Stromes gegeben. Messwiderstände weisen allerdings den Nach teil auf, dass über diese proportional zur Höhe des Stromes erhebliche Verlustleistungen auftreten. Insbesondere in stromstarken Niederspannungswechselstromnetzen sind diese nicht zu vernachlässigen.  So far, measuring resistors, so-called shunts, have been used to determine the currents. The voltage is measured via a known resistance and the current is averaged from it. This provides a phase-accurate determination of the level of the current. However, measuring resistors have the disadvantage that considerable power losses occur in proportion to the amount of current. These should not be neglected, especially in low-voltage AC networks with high current.
Andererseits gibt es Rogowskispulen zur Ermittlung der Höhe des Stromes. Diese liefern eine zum differenzierten Strom proportionale Spannung. Durch Integration dieser Spannung kann die Höhe des Stromes ermittelt werden. Rogowskispulen weisen den Nachteil auf, dass die ermittelte Höhe des Stromes nicht phasengenau ist. Dies wird durch die Streufeldindukti vität der Spule der Rogowskispule erzeugt. Allerdings weisen Rogowskispulen den Vorteil auf, dass sie eine Potentialtren nung, hohe Stromfestigkeit und geringe Baugrößen aufweisen. On the other hand, there are Rogowski coils for determining the level of the current. These supply a voltage proportional to the differentiated current. The level of the current can be determined by integrating this voltage. Rogowski coils have the disadvantage that the determined amount of the current is not in phase. This is generated by the stray field inductance of the coil of the Rogowski coil. However, Rogowski coils have the advantage that they have potential isolation, high current resistance and small sizes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verwendung von Rogowskispulen zur Ermittlung phasengenauer Stromwerte, ins besondere zur Störlichtbogenerkennung, speziell für einen Niederspannungsleistungsschalter und eine Störlichtbogener kennungseinheit, zu ermöglichen. The object of the present invention is to enable the use of Rogowski coils for determining phase-accurate current values, in particular for arc fault detection, especially for a low-voltage circuit breaker and an arc fault detection unit.
Diese Aufgabe wird durch einen Niederspannungsleistungsschal ter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Störlicht bogenerkennungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst . Erfindungsgemäß wird eine Anordnung für einen Niederspan nungswechselstromkreis, insbesondere ein Niederspannungsleis tungsschalter oder eine Störlichtbogenerkennungseinheit, vor geschlagen, aufweisend: This object is achieved by a low-voltage circuit breaker ter with the features of claim 1, an arc fault detection unit with the features of claim 3 or a method with the features of claim 9. According to the invention, an arrangement for a low-voltage alternating current circuit, in particular a low-voltage circuit breaker or an arcing fault detection unit, is proposed, comprising:
- mindestens eine Rogowskispule zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters, insbesondere Rogowskispu len für alle Leiter, des Niederspannungswechselstromkreises, die eine analoge Spannung (PI) abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ist.  - At least one Rogowski coil for determining the amount of electrical current of a conductor, in particular Rogowsku len for all conductors, the low-voltage AC circuit, which outputs an analog voltage (PI), which is an equivalent of the amount of electrical current of the conductor.
Für einen Niederspannungsleistungsschalter ist vorgesehen:The following is intended for a low-voltage circuit breaker:
- eine Unterbrechungseinheit mit Kontakten, zur Unterbrechung des Niederspannungswechselstromkreises , - an interruption unit with contacts to interrupt the low-voltage AC circuit,
- eine mit der mindestens einen Rogowskispule und der Unter brechungseinheit verbundene elektronischen Auslöseeinheit mit einem Mikroprozessor, die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen- Grenzwerten des Phasenleiters eine Unterbrechung des Nieder spannungswechselstromkreises veranlasst wird.  - A with the at least one Rogowski coil and the interruption unit connected electronic trigger unit with a microprocessor, which are designed such that when the current and / or current-time limit values of the phase conductor are exceeded, an interruption of the low-voltage AC circuit is initiated.
Für eine Störlichtbogenerkennungseinheit ist vorgesehen: The following is provided for an arc fault detection unit:
- mindestens ein Spannungssensor () zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Leiters (11), insbesondere Spannungssensoren für jeden Leiter, des Niederspannungswechselstromkreises, at least one voltage sensor () for determining the level of the voltage of the conductor (11), in particular voltage sensors for each conductor, of the low-voltage alternating current circuit,
- mit einem Mikroprozessor, der mit der ermittelten Höhe des Stromes und der Spannung des Niederspannungswechselstromkrei ses eine Störlichtbogenerkennung durchführt und bei Über schreitung mindestens eines Grenzwertes ein Störlichtbogener kennungssignal abgibt. - With a microprocessor, which performs an arcing fault detection with the determined amount of current and voltage of the low-voltage alternating current circuit and, when at least one limit value is exceeded, emits an arcing fault detection signal.
Die Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch ausgestaltet, dass die Rogowskispule (bzw. jede Rogowskispule) mit (je) ei nem analogen Integrator verbunden ist, dem (je) ein Analog- Digital-Umsetzer folgt, der (jeweils) die integrierte analoge Spannung in (je) ein digitales Signal umsetzt, das (die) durch den Mikroprozessor derart weiterverarbeitet wird (wer den) , dass die durch die Rogowskispule und von der Ro The arrangement is designed according to the invention in that the Rogowski coil (or each Rogowski coil) is connected to (each) egg nem an analog integrator, which (each) is followed by an analog-digital converter, which (each) the integrated analog voltage in (each ) implements a digital signal that is (are) processed by the microprocessor in such a way that the by the Rogowski coil and the Ro
gowskispule nachgeschalteten Komponenten, insbesondere des analogen Integrators, erzeugte Phasenverschiebung kompensiert wird, so dass phasenrichtige Stromwerte ermittelt werden, die für die Erkennung von Fehlersituationen zum Schutz des Nie derspannungswechselstromkreises verwendet werden, insbesonde re für die Störlichtbogenerkennung. gowski coil downstream components, especially the analog integrator, generated phase shift is compensated, so that in-phase current values are determined, which are used for the detection of fault situations for the protection of the low-voltage alternating current circuit, in particular for arc fault detection.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass Rogowskispulen mit den genannten Vorteilen insbesondere für die Erkennung von Stör lichtbögen eingesetzt werden können, wobei durch die Kompen sation der Phasenverschiebung auch einfache Algorithmen zur Störlichtbogenerkennung verwendet werden können bzw. die Al gorithmen hierbei zuverlässige Ergebnisse liefern und fehler hafte Unterbrechungen des zu schützenden Niederspannungs stromkreises vermieden werden. This has the particular advantage that Rogowski coils with the advantages mentioned can be used in particular for the detection of arcing faults, whereby simple algorithms for arcing fault detection can also be used by the compensation of the phase shift or the algorithms in this case deliver reliable results and are faulty Interruptions to the low-voltage circuit to be protected can be avoided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwi schen Rogowskispule und Analog-Digital-Umsetzer ein Verstär ker vorgesehen. Speziell kann hier ein Differenzverstärker vorgesehen sein, um eine Anhebung der Amplitude durchzufüh ren . In an advantageous embodiment of the invention, an amplifier is provided between the Rogowski coil and the analog-digital converter. Specifically, a differential amplifier can be provided to increase the amplitude.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der phasengenauen Ermittlung von Stromwerten auch eine amplitudenmäßige bzw. - genaue Anpassung erfolgen kann.  This has the particular advantage that, in addition to the phase-precise determination of current values, an amplitude-like or - exact adjustment can also take place.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rogowskispule oder dem Integrator ein Filter nachgeschaltet oder dem Analog-Digital-Umsetzer ein Filter vorgeschaltet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Filterung des ana logen Signals erfolgen kann, um Störkomponenten auszublenden oder eine bessere Frequenzbegrenzung des analog zu digital umzusetzenden Signals zu erreichen. In an advantageous embodiment of the invention, a filter is connected downstream of the Rogowski coil or the integrator, or a filter is connected upstream of the analog-digital converter. This has the particular advantage that the analog signal can be filtered in order to suppress interference components or to achieve better frequency limitation of the signal to be converted from analog to digital.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rogowskispule durch eine Gegeninduktivität, eine Streufeldin duktivität und einen Wicklungswiderstand gekennzeichnet; der analoge Integrator weist mindestens eine Widerstands- Kondensator Anordnung auf, mit einer resultierenden Kapazität und einem resultierenden Widerstand. In an advantageous embodiment of the invention, the Rogowski coil is characterized by a mutual inductance, a stray field inductance and a winding resistance; the analog integrator has at least one resistance-capacitor arrangement, with a resulting capacitance and a resulting resistance.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass neben der Auswahl der wesentlichen Größen der Rogowskispule eine besonders einfache Realisierung eines analogen Integrators zur Verfügung steht.  This has the particular advantage that, in addition to the selection of the main sizes of the Rogowski coil, a particularly simple implementation of an analog integrator is available.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden aus dem digitalen Signal mittels der Gegeninduktivität, der In an advantageous embodiment of the invention, the digital signal by means of the mutual inductance, the
Streufeldinduktivität, der resultierenden Kapazität und der Summe aus Wicklungswiderstand und resultierenden Widerstand phasenrichtige Stromwerte errechnet. Stray field inductance, the resulting capacitance and the sum of winding resistance and resulting resistance are calculated in phase current values.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit wenigen signifikan ten Werten, beispielsweise mindestens 2 Werten, eine Ermitt lung phasengenauer Stromwerte ermöglicht wird.  This has the particular advantage that with a few significant values, for example at least 2 values, it is possible to determine current values with phase accuracy.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die phasenrichtigen digitalen Stromwerte der Höhe des Stromes des Leiters durch folgende Formel errechnet: In an advantageous embodiment of the invention, the in-phase digital current values for the amount of current in the conductor are calculated using the following formula:
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine spezifische Be rechnungsmöglichkeit für die phasengenauen bzw. phasenrichti gen Stromwerte gegeben ist. This has the particular advantage that there is a specific calculation option for the phase-accurate or phase-correct current values.
Erfindungsgemäß wird ferner ein analoges Verfahren bean sprucht , According to the invention, an analog method is also claimed,
- bei dem Spanungswerte mindestens eines Leiter des Nieder spannungswechselstromkreis ermittelt werden,  - the voltage values of at least one conductor of the low-voltage alternating current circuit are determined,
- bei dem mit einer Rogowskispule Stromwerte des mindestens einem Leiters des Niederspannungswechselstromkreis ermittelt werden, wobei die Rogowskispule eine analoge Spannung abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Lei ters ist,  in which current values of the at least one conductor of the low-voltage alternating current circuit are determined with a Rogowski coil, the Rogowski coil emitting an analog voltage which is an equivalent of the amount of the electrical current of the conductor,
- die Spannungswerte und Stromwerte einem Mikroprozessor zu geführt werden, der derart ausgestaltet ist, das eine Stör- lichtbogenerkennung durchgeführt wird und bei Überschreitung mindestens eines Grenzwertes ein Störlichtbogenerkennungssig nal abgegeben wird. the voltage values and current values are fed to a microprocessor which is designed in such a way that an interference arc detection is carried out and an internal arc detection signal is emitted if at least one limit value is exceeded.
Erfindungsgemäß wird die analoge Spannung integriert und der art weiterverarbeitet, dass die durch die Rogowskispule und den Integrator, und gegebenenfalls weitere Komponenten, er zeugte Phasenverschiebung kompensiert wird, derart dass pha senrichtige Stromwerte für die Störlichtbogenerkennung ermit telt und verwendet werden.  According to the invention, the analog voltage is integrated and further processed in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil and the integrator, and possibly other components, is compensated for, so that phase values for the arcing fault detection are determined and used.
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1, 3 oder 9, als auch rückbezogen le diglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung des Einsatzes einer Rogowskispule, insbesondere für die Ermittlung von Störlichtbögen . All configurations, both in a dependent form with reference to claims 1, 3 or 9, and also with reference to individual features or combinations of features of claims, improve the use of a Rogowski coil, in particular for the determination of arcing faults.
Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. The described properties, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments which are explained in more detail in connection with the drawing.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt: In the accompanying drawing:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Niederspannungsleistungs schalters ; Figure 1 is a block diagram of a low voltage power switch;
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Störlichtbogenerkennungs einheit ; Figure 2 is a block diagram of an arc fault detection unit;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Anordnung; Figure 3 shows an arrangement according to the invention;
Figur 4 ein Ersatzschaltbild einer Rogowskispule; FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil;
Figur 5 ein erstes Diagramm mit einem Spannungs- und Strom verlauf; Figur 6 ein Ersatzschaltbild einer Rogowskispule und eines Integrators ; FIG. 5 shows a first diagram with a voltage and current curve; FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil and an integrator;
Figur 7 ein zweites Diagramm mit einem Spannungs- und Strom verlauf; FIG. 7 shows a second diagram with a voltage and current curve;
Figur 8 ein Ersatzschaltbild mit zusammengefassten Komponen ten; FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram with combined components;
Figur 9 ein drittes Diagramm mit einem ersten und einem zwei ten Stromverlauf. Figure 9 shows a third diagram with a first and a two-th current profile.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Nieder spannungs-Leistungsschalters LS. Figur 1 zeigt elektrische Leiter LI, L2, L3, N eines Niederspannungsstromkreises, bei spielsweise eines Dreiphasen-Wechselstromkreises , wobei der erste Leiter LI die erste Phase mit dem ersten Phasenstrom ip(t) , der zweite Leiter L2 die zweite Phase mit dem zweiten Phasenstrom, der dritte Leiter L3 die dritte Phase mit dem dritten Phasenstrom und der vierte Leiter den Nullleiter N mit dem Nulleiterstrom des Dreiphasen-Wechselstromkreises bildet . Figure 1 shows a schematic block diagram of a low-voltage circuit breaker LS. Figure 1 shows electrical conductors LI, L2, L3, N of a low-voltage circuit, for example a three-phase AC circuit, the first conductor LI the first phase with the first phase current ip (t), the second conductor L2 the second phase with the second phase current , the third conductor L3 forms the third phase with the third phase current and the fourth conductor forms the neutral conductor N with the neutral conductor current of the three-phase AC circuit.
Im Beispiel gemäß Figur 1 ist der erste Leiter LI mit einem Energiewandler EW verbunden (beispielsweise als Teil eines Wandlersatzes) , derart, dass mindestens ein Teil des Stromes, d.h. ein Leiterteilstrom, bzw. der gesamte Strom des ersten Leiters LI durch die Primärseite des Energiewandlers EW fließt. Üblicherweise bildet ein Leiter, im Beispiel der ers te Leiter LI, die Primärseite des Energiewandlers EW. Der Energiewandler EW ist üblicherweise ein Transformator mit Kern, z.B. ein Eisenwandler. In einer Ausgestaltung kann in jeder Phase bzw. in jedem Leiter des elektrischen Stromkrei ses ein Energiewandler EW vorgesehen sein. Die Sekundärseite des Energiewandlers EW bzw. jedes vorgesehenen Energiewandler ist mit einem Netzteil NT (oder mehreren Netzteilen) verbun den, das eine Energieversorgung, z.B. eine Eigenversorgung, beispielsweise in Form einer Versorgungsspannung, für die Einheiten des Niederspannungsleistungsschalters, insbesondere einer elektronischen Auslöseeinheit ETU, zur Verfügung stellt, dargestellt durch eine gestrichelt gezeichnete Ver bindung von Betriebsspannungsleitern BS . Das Netzteil NT kann zudem noch mit mindestens einem oder allen Stromeinheiten SEI, SE2, SE3, SEN verbunden sein, zur Energieversorgung der Stromeinheiten - falls erforderlich. In the example according to FIG. 1, the first conductor LI is connected to an energy converter EW (for example as part of a converter set) in such a way that at least part of the current, ie a partial conductor current, or the entire current of the first conductor LI through the primary side of the energy converter EW flows. A conductor, in the example the first conductor LI, usually forms the primary side of the energy converter EW. The energy converter EW is usually a transformer with a core, for example an iron converter. In one embodiment, an energy converter EW can be provided in each phase or in each conductor of the electrical circuit. The secondary side of the energy converter EW or each envisaged energy converter is connected to a power supply unit NT (or more power supply units) which provides a power supply, for example a self-supply, for example in the form of a supply voltage, for the units of the low-voltage circuit breaker, in particular an electronic trip unit ETU, available, represented by a dashed line Ver connection of operating voltage conductors BS. The power supply unit NT can also be connected to at least one or all of the current units SEI, SE2, SE3, SEN, for energy supply to the current units - if necessary.
Jede Stromeinheit SEI, SE2, SE3, SEN ist mit einer Ro gowskispule RS1, RS2, RS3, RSN, zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes des ihm zugeordneten Leiters des elektrischen Stromkreises verbunden. Im Beispiel ist die ers te Stromeinheit SEI dem ersten Leiter LI, d.h. der ersten Phase; die zweite Stromeinheit SE2 dem zweiten Leiter L2, d.h. der zweiten Phase; die dritte Stromeinheit SE3 dem drit ten Leiter L3, d.h. der dritten Phase; die vierte Stromein heit SEN dem (vierten Leiter) Nullleiter N zugeordnet. Each current unit SEI, SE2, SE3, SEN is connected to a Roowski coil RS1, RS2, RS3, RSN, for determining the amount of electrical current of the conductor of the electrical circuit assigned to it. In the example, the first current unit SEI is the first conductor LI, i.e. the first phase; the second power unit SE2 to the second conductor L2, i.e. the second phase; the third power unit SE3 the third conductor L3, i.e. the third phase; the fourth Stromein unit SEN assigned to the (fourth conductor) neutral conductor N.
Die Rogowskispulen RS1, RS2, RS3, RSN liefern an ihrem Aus gang eine der Höhe des Leiterstromes proportionale analoge Spannung Al, A2, A3, AN. Diese wird den ersten bis vierten Stromeinheiten SEI, SE2, SE3, SEN zugeführt. Im Beispiel sind die ersten bis vierten Stromeinheiten SEI, SE2, SE3, SEN ein Teil der elektronischen Auslöseeinheit ETU. Sie können aber auch als separate Einheit (en) vorgesehen sein.  The Rogowski coils RS1, RS2, RS3, RSN deliver an analog voltage Al, A2, A3, AN proportional to the level of the conductor current at their output. This is fed to the first to fourth current units SEI, SE2, SE3, SEN. In the example, the first to fourth current units SEI, SE2, SE3, SEN are part of the electronic trip unit ETU. However, they can also be provided as a separate unit (s).
Die Stromeinheiten SEI, SE2, SE3, SEN dienen der Aufbereitung der Spannung der jeweiligen Rogowskispulen. Die Stromeinhei ten SEI, SE2, SE3, SEN liefern beispielsweise ein digitales Signal PI, P2, P3, NS an einen Mikroprozessor MP, der z.B. in der elektronischen Auslöseeinheit ETU vorgesehen ist. The current units SEI, SE2, SE3, SEN are used to process the voltage of the respective Rogowski coils. The current units SEI, SE2, SE3, SEN deliver, for example, a digital signal PI, P2, P3, NS to a microprocessor MP which e.g. is provided in the electronic trip unit ETU.
Die übermittelten digitale Signale PI, P2, P3, NS werden in der elektronischen Auslöseeinheit ETU mit Stromgrenzwerten oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten, die Auslösegründe bilden, verglichen. Bei Überschreitung dieser, wird eine Un terbrechung des elektrischen Stromkreises veranlasst. Hiermit wird ein Überstrom- oder/und Kurzschlussschutz realisiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Unter brechungseinheit UE vorgesehen ist, die einerseits mit der elektronischen Auslöseeinheit ETU verbunden ist und anderer seits Kontakte K zur Unterbrechung der Leiter LI, L2, L3, N bzw. weiterer Leiter aufweist. Die Unterbrechungseinheit UE erhält in diesem Fall ein Unterbrechungssignal zur Öffnung der Kontakte K. The transmitted digital signals PI, P2, P3, NS are compared in the electronic tripping unit ETU with current limit values and / or current-time limit values, which form the triggering reasons. If this is exceeded, an interruption of the electrical circuit is initiated. Overcurrent and / or short-circuit protection is hereby implemented. This can take place, for example, in that an interruption unit UE is provided which, on the one hand, is connected to the electronic trigger unit ETU is connected and on the other hand has contacts K to interrupt the conductors LI, L2, L3, N or other conductors. In this case, the interruption unit UE receives an interruption signal for opening the contacts K.
Figur 2 zeigt eine Anordnung zur Störlichtbogenerkennung mit einer Störlichtbogenerkennungseinheit SLE, wobei gleiche Ein heiten gemäß Figur 1 vorgesehen sind. Diese weist mindestens eine Rogowskispule RS1 zur Ermittlung der Höhe des elektri schen Stromes eines Leiters LI des Niederspannungswechsel stromkreises auf, die eine analoge Spannung Al abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters LI ist. Die Rogowskispule RS1 ist mit einer Stromeinheit SEI verbunden . FIG. 2 shows an arrangement for internal arc detection with an internal arc detection unit SLE, identical units according to FIG. 1 being provided. This has at least one Rogowski coil RS1 for determining the level of the electrical current of a conductor LI of the low-voltage alternating circuit, which outputs an analog voltage Al, which is an equivalent of the level of the electrical current of the conductor LI. The Rogowski coil RS1 is connected to a power unit SEI.
Weiterhin weist sie mindestens einen Spannungssensor SS zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Leiters LI bzw. der Lei ter des Niederspannungswechselstromkreises auf.  Furthermore, it has at least one voltage sensor SS for determining the level of the voltage of the conductor LI or the conductor of the low-voltage alternating current circuit.
Ferner weist sie einen Mikroprozessor MP auf, die mit der Stromeinheit SEI und dem Spannungssensor SS verbunden ist, wobei die ermittelte Höhe des Stromes und der Spannung des Niederspannungswechselstromkreises für eine Störlichtbogener kennung durch den Mikroprozessor verwendet werden. Bei Über schreitung mindestens eines oder mehrerer Grenzwerte / Stör lichtbogengrenzwerten wird ein Störlichtbogenerkennungssignal SLES abgegeben. Die Störlichtbogenerkennung kann nach bekann ten Verfahren erfolgen, beispielsweise eine Signalverlaufsa nalyse der Spannung oder/und des Stromes, eine differenzie rende oder integrierende Lösung, etc.  It also has a microprocessor MP, which is connected to the current unit SEI and the voltage sensor SS, the determined level of the current and the voltage of the low-voltage alternating current circuit being used for arc fault detection by the microprocessor. If at least one or more limit values / internal arc limit values are exceeded, an internal arc detection signal SLES is emitted. The internal arc detection can take place according to known methods, for example a signal curve analysis of the voltage and / or the current, a differentiating or integrating solution, etc.
Im Beispiel gemäß Figur 2 ist nur ein Stromkreis mit zwei Leitern gezeigt. In analoger Weise kann ein Dreiphasenwech selstromkreis, mit oder ohne Nullleiter, vorgesehen sein.  In the example according to FIG. 2, only one circuit with two conductors is shown. In an analogous manner, a three-phase switching circuit, with or without a neutral conductor, can be provided.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung einer Stromeinheit SEI gemäß Figur 2 oder Figur 1. Diese weist einen analogen Integrator INT auf, der mit der Rogowskispule RS1 verbunden ist. Diesem wird die analoge Spannung Al der Rogowskispule zugeführt. Mit analogen Integrator ist ein Integrator gemeint, der mit dis- kreten Bauelementen, wie Kondensatoren, Induktivitäten, Wi derständen, etc. eine Integration durchführt, gemäß der ana logen Schaltungstechnik. D.h. ein analoges Signal wird inte griert . FIG. 3 shows an embodiment of a current unit SEI according to FIG. 2 or FIG. 1. This has an analog integrator INT, which is connected to the Rogowski coil RS1. The analog voltage Al of the Rogowski coil is fed to this. By analog integrator is meant an integrator that uses dis- Crete components, such as capacitors, inductors, resistors, etc. performs an integration, according to the analog circuitry. Ie an analog signal is integrated.
Eine Integration mit digitalisierten Signalen und digitaler Schaltungstechnik, beispielsweise mit einem Mikroprozessor, ist nicht gemeint.  Integration with digitized signals and digital circuit technology, for example with a microprocessor, is not meant.
Der analoge Integrator INT liefert eine integrierte analoger Spannung uc (t) . Diese wird in einer Variante direkte analog digital umgesetzt, z.B. durch einen Analog-Digital-Umsetzer ADU, der ein digitales Signal PI an den Mikroprozessor MP ab gibt . The analog integrator INT supplies an integrated analog voltage uc (t). In a variant, this is implemented directly in analog-digital form, e.g. by an analog-to-digital converter ADU, which emits a digital signal PI to the microprocessor MP.
In verschiedenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann zwi schen analogem Integrator INT und Analog-Digital-Umsetzer ADU ein Filter FI oder/und Verstärker V in beliebiger Reihenfolge vorgesehen sein, beispielsweise gemäß Figur 3. Alternativ kann auch vor dem Integrator INT ein Filter vorgesehen sein.  In various configurations according to the invention, a filter FI and / or amplifier V can be provided in any order between the analog integrator INT and the analog-digital converter ADU, for example according to FIG. 3. Alternatively, a filter can also be provided in front of the integrator INT.
Der Mikroprozessor MP ist derart ausgestaltet, dass die durch die Rogowskispule RS1 und von der Rogowskispule nachgeschal teten Komponenten, insbesondere dem Integrator INT, gegebe nenfalls dem Filter FI oder/und Verstärker V, erzeugte Pha senverschiebung kompensiert wird, so dass phasenrichtige Stromwerte ip(t) für die Störlichtbogenerkennung ermittelt und verwendet werden. The microprocessor MP is designed in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil RS1 and by the Rogowski coil, in particular the integrator INT, where appropriate the filter FI and / or amplifier V, is compensated for, so that phase values for current ip (t ) are determined and used for arcing fault detection.
Die Stromeinheit SEI bzw. die Anordnung/Ausgestaltung gemäß Figur 3 kann Teil des Niederspannungsleistungsschalters gemäß Figur 1 sein. The current unit SEI or the arrangement / configuration according to FIG. 3 can be part of the low-voltage circuit breaker according to FIG. 1.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Rogowskispule RS1. Hierbei bewirkt ein Strom ip(t) des zugeordneten Leiters eine analoge Spannung ur (t) der Rogowskispule, diese entsprich der analogen Spannung Al. Zwischen den beiden Anschlüssen der Ro gowskispule ist ersatzschaltbildseitig eine Gegeninduktivität M eingetragen, diese entspricht der magnetischen Kopplung.FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a Rogowski coil RS1. A current ip (t) of the assigned conductor causes an analog voltage ur (t) of the Rogowski coil, which corresponds to the analog voltage Al. Between the two connections of the Ro gowski coil, a mutual inductance M is entered on the equivalent circuit side, this corresponds to the magnetic coupling.
Auf Basis dieser Gegeninduktivität M wird eine zur Stromände- rung im Leiter proportionale Spannung am Ausgang der Rogow- ksispule ur (t) bzw. Al abgegeben. Based on this mutual inductance M, a current change voltage in the conductor is output at the output of the Rogowski coil ur (t) or Al.
Im Ersatzschaltbild gemäß Figur 4 führt die in Reihe liegende Streufeldinduktivität L zu einer Phasenverschiebung der Aus gangsspannung. Der in Reihe liegende Wicklungswiderstand RR führt zu einer Änderung der Amplitude. Ferner liegt eine Wicklungskapazität CR vor, die für eine praktische Betrach tung aufgrund der geringen Größe vernachlässigt werden kann. In the equivalent circuit diagram according to FIG. 4, the stray field inductance L lying in series leads to a phase shift of the output voltage. The winding resistance RR in series leads to a change in the amplitude. Furthermore, there is a winding capacitance CR, which can be neglected for practical reasons due to the small size.
Bedingt durch die in Reihe liegende Reaktanz und Resistanz entsprechend dem vereinfachten Ersatzschaltbild der Ro gowskispule ergibt sich eine Phasenabweichung zwischen dem Primärstrom im Leiter und der Ausgangsspannung ur (t) bzw. Al an der Rogowskispule. Due to the series reactance and resistance according to the simplified equivalent circuit diagram of the Ro gowski coil, there is a phase deviation between the primary current in the conductor and the output voltage ur (t) or Al on the Rogowski coil.
Figur 5 zeigt dazu exemplarisch einen Verlauf. Figur 5 zeigt ein erstes Diagramm mit einem Spannungsverlauf ur bzw. ur (t) in mV der Ausgangsspannung der Rogowskispule und einen Strom verlauf ip bzw. ip(t) in A des Stromes des Leiters über der Zeit t in ms, die auf der horizontalen Achse angegeben ist. Deutlich zu erkennen ist die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Figure 5 shows an example of a course. FIG. 5 shows a first diagram with a voltage curve ur or ur (t) in mV of the output voltage of the Rogowski coil and a current curve ip or ip (t) in A of the current of the conductor over time t in ms, which is on the horizontal Axis is specified. The phase shift between current and voltage is clearly visible.
Figur 6 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 4, mit dem Unter schied, dass am Ausgang der Rogowskispule RS1 ein Integrator INT angeschlossen ist, im Beispiel bestehend aus einen RC- Glied, wobei zwischen den beiden Leitern eine resultierende Kapazität C, z.B. in Form einer oder mehrerer Kondensatoren, und in Serie mindestens eines Leiters oder beider Leiter ein Integrator-Widerstand (Rinte) geschaltet ist. Figure 6 shows an arrangement according to Figure 4, with the difference that an integrator INT is connected to the output of the Rogowski coil RS1, in the example consisting of an RC element, with a resulting capacitance C, e.g. in the form of one or more capacitors, and an integrator resistor (Rinte) is connected in series with at least one conductor or both conductors.
Am Integrator INT wird hierbei die integrierte analoge Aus gangsspannung uc (t) abgegeben.  The integrated analog output voltage uc (t) is output at the integrator INT.
Figur 7 zeigt ein zweites Diagramm mit einem Spannungs- und Stromverlauf gemäß Figur 5, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Spannung ur (t) bzw. Al der Rogowskispule RS1 die integrierte analoge Spannung uc bzw. uc(t) in mV über der Zeit t in ms aufgetragen ist. FIG. 7 shows a second diagram with a voltage and current profile according to FIG. 5, with the difference that Instead of the voltage ur (t) or Al of the Rogowski coil RS1, the integrated analog voltage uc or uc (t) is plotted in mV over the time t in ms.
Durch die analoge Integration wird die Phasenverschiebung teilweise kompensiert, wie in Figur 7 zu erkennen ist, aber nicht vollständig.  The phase shift is partially compensated by the analog integration, as can be seen in FIG. 7, but not completely.
Für die Erkennung von Störlichtbögen häufig nicht vollständig genug .  Often not complete enough to detect arcing faults.
Figur 8 zeigt ein Ersatzschaltbild gemäß Figur 6 mit zusam mengefassten Komponenten. Hierbei sind der Wicklungswider stand RR der Rogowskispule und der Integrator-Widerstand Rin- te zu einem resultierenden Widerstand R zusammengefasst, wo bei der resultierende Widerstand R die Summe aus Wicklungswi derstand Rinte ist, R = RR + Rinte. Figure 8 shows an equivalent circuit diagram according to Figure 6 with summarized components. Here, the winding resistance RR of the Rogowski coil and the integrator resistance Rin are combined to form a resulting resistance R, where the resulting resistance R is the sum of winding resistance Rinte, R = RR + Rinte.
Figur 9 zeigt ein drittes Diagramm mit einem ersten und einem zweiten Stromverlauf gemäß Figur 5, mit dem Unterschied, dass an Stelle der integrierten analogen Spannung uc bzw. uc(t) der berechnete Strom ip bzw. ip(t) - B im Vergleich zum ge messenen Strom ip bzw. ip(t) - G über der Zeit t in ms aufge tragen ist. FIG. 9 shows a third diagram with a first and a second current profile according to FIG. 5, with the difference that instead of the integrated analog voltage uc or uc (t), the calculated current ip or ip (t) - B compared to measured current ip or ip (t) - G is plotted against the time t in ms.
Wie man sieht, wird durch die erfindungsgemäße Berechnung un ter Verwendung eines Analog-Digital-Umsetzers ADU und eines Mikroprozessors MP, gegebenenfalls unter Verwendung und rech nerischer Einbeziehung eines Filters FI oder/und Verstärkers V, die Phasenverschiebung zwischen gemessenem und berechnetem Strom quasi vollständig kompensiert. Somit liegen phasenrich tige Stromwerte vor, die insbesondere für die Störlichtbogen erkennung als auch für die Erkennung von anderen Fehlersitua tionen zum Schutz des Niederspannungswechselstromkreises ver wendet werden können.  As can be seen, the calculation according to the invention using an analog-to-digital converter ADU and a microprocessor MP, if necessary with the use and computational inclusion of a filter FI and / or amplifier V, virtually completely compensates for the phase shift between measured and calculated current . Thus, there are phase-correct current values that can be used to protect the low-voltage alternating current circuit, in particular for the detection of arcing faults and for the detection of other fault situations.
In Bezug auf eine parallele Spannungsmessung, die keine Pha senverzögerung aufweist, liegen somit phasengenaue bzw. pha senrichtige Stromwerte vor, wobei diese phasenrichtigen Span- nungs- und Stromwerte vorteilhaft für die Störlichtbogener kennung oder die Erkennung von anderen Fehlersituationen zum Schutz des Niederspannungswechselstromkreises verwendet wer den können. With regard to a parallel voltage measurement, which has no phase delay, there are therefore phase-accurate or phase-correct current values, these phase-correct voltage and current values being advantageous for arc fault detection or the detection of other fault situations Protection of the low-voltage AC circuit used who can.
Insbesondere für den Schutz von stromstarken Schalt- und Ver- teil-Anlagen können damit zukünftig auch in der Niederspan nung numerische Algorithmen zum Einsatz kommen. Der Einsatz von z.B. Distanzschutzalgorithmen macht es dabei erforder lich, dass keine Phasenverschiebung zwischen den abgetasteten Strom- und Spannungsmesswerten vorliegt. Somit eignet sich für die Strommessung die Anwendung von Messwiderständen In the future, numerical algorithms can also be used in low voltage, particularly for the protection of high-current switchgear and distribution systems. The use of e.g. Distance protection algorithms require that there is no phase shift between the sampled current and voltage measured values. The use of measuring resistors is therefore suitable for current measurement
(Shunts) . Diese bilden nach dem ohmschen Gesetz an den Aus gängen eine stromproportionale Spannung, die mit einem Span nungsmessgerät erfasst wird. Durch eine Rückrechnung lässt sich der Strom bestimmen. Die Verwendung magnetischer Wand ler, z.B. von Rogowskispulen, für die Strommessung führt zu einer Phasenverschiebung des gemessenen Stroms, zeigt jedoch wesentliche Vorteile hinsichtlich der Potentialtrennung sowie der geringen Baugröße gegenüber Shunts. (Shunts). According to Ohm's law, these form a current-proportional voltage at the outputs, which is recorded with a voltage measuring device. The current can be determined by a back calculation. The use of magnetic transducers, e.g. of Rogowski coils, for the current measurement leads to a phase shift of the measured current, but shows significant advantages in terms of potential isolation and the small size compared to shunts.
Für die Berechnung des Stroms ist es notwendig das Ausgangs signal zu integrieren, da die gemessene Spannung lediglich zu der Stromänderung proportional ist. Hierzu können zwei Ver fahren zum Einsatz kommen, zum einen eine numerische Integra tion, zum anderen eine analoge Integration. Numerische Integ rationen zeigen Probleme bei großen Stromänderungen: die Auf lösung eines nachgeschalteten Analog-Digital-Umsetzer bzw. A/D-Wandlers ist begrenzt. Eine große Stromänderung (z.B. bei einem Kurzschlusseintritt) führt zu sehr großen Spannungswer ten, die ein Analog-Digital-Umsetzer eventuell nicht auflösen kann. Dieser Effekt wird als Clipping bezeichnet und führt zu fehlerhaften Ergebnissen. To calculate the current, it is necessary to integrate the output signal, since the measured voltage is only proportional to the change in current. Two methods can be used for this, firstly numerical integration and secondly analogue integration. Numerical integrations show problems with large current changes: the resolution of a downstream analog-to-digital converter or A / D converter is limited. A large change in current (e.g. in the event of a short circuit) leads to very large voltage values that an analog-digital converter may not be able to resolve. This effect is known as clipping and leads to incorrect results.
Erfindungsgemäß wird daher eine analoge Integrator-Schaltung eingesetzt, die beispielweise aus einem R-C Glied bestehen kann. In Verbindung mit der Rogowskispule ergibt sich ein Er satzschaltbild entsprechend Figur 6, wobei die Wicklungskapa zität der Rogowskispule vernachlässigt wurde. Die Phasenverschiebung wird durch den Integrator nur teilwei se kompensiert. Die Phasendifferenz ist in Figur 7 darge According to the invention, an analog integrator circuit is therefore used, which can consist, for example, of an RC element. In connection with the Rogowski coil, a replacement circuit diagram corresponding to FIG. 6 is obtained, the winding capacity of the Rogowski coil being neglected. The phase shift is only partially compensated for by the integrator. The phase difference is shown in FIG. 7
stellt. Aufgrund der Phasendifferenz kommt es bei der Anwen dung von Distanzschutzalgorithmen zu einem Fehler im Berech nungsergebnis. Somit wurde von einem bisherigen Einsatz von Rogowskispulen abgesehen. poses. Due to the phase difference, an error in the calculation result occurs when using distance protection algorithms. Thus, a previous use of Rogowski coils was dispensed with.
Erfindungsgemäß wird nun der Strom im Leiter bzw. Primärstrom durch die Rückrechnung des Übertragungsverhaltens der Ro According to the invention, the current in the conductor or primary current is now calculated by the back calculation of the transmission behavior of the Ro
gowskispule sowie des Integrators phasen- (und falls erfor derlich amplitudenrichtig) bestimmt. Bei vorliegen weiterer phasenbeeinflussender (oder/und amplitudenbeinflussender) gowski coil and the integrator phase (and if necessary, correct amplitude) determined. If there are further phase-influencing (or / and amplitude-influencing)
Komponenten werden diese bzw. können diese erfindungsgemäß ebenfalls rückgerechnet werden. Dazu wird entsprechend dem Components are these or can also be calculated back according to the invention. This is done according to the
Ersatzschaltbild nach Figur 6 oder 8 eine Maschengleichung aufgestellt und gelöst. Auf dieser Basis lässt sich aus der Spannung der Rogowskispule bzw. der Spannung des Integrators der phasen- und amplitudenrichtige Primärstrom der Ro Equivalent circuit diagram according to Figure 6 or 8 a mesh equation drawn up and solved. On this basis, the voltage of the Rogowski coil or the voltage of the integrator can be used to determine the phase and amplitude correct primary current of the Ro
gowskispule bestimmen. determine gowski coil.
Durch die phasen- und amplitudenrichtige Bestimmung des Pri märstroms ist es mit der Erfindung möglich, dass Übertra Through the phase and amplitude correct determination of the primary current, it is possible with the invention that transmission
gungsverhalten von Rogowskispulen numerisch zu kompensieren. to compensate for the behavior of Rogowski coils numerically.
Somit können Rogowskispulen zukünftig in Schutzgeräten, wie Niederspannungsleistungsschaltern oder Störlichtbogenerken nungseinheiten, für die Erkennung anspruchsvoller Fehlersitu ationen Anwendung finden. This means that Rogowski coils can in future be used in protective devices such as low-voltage circuit breakers or arcing detection units for the detection of demanding fault situations.
Entsprechend dem vereinfachten Ersatzschaltbild der Ro According to the simplified equivalent circuit diagram of the Ro
gowskispule mit Integrator gemäß Figur 6 lassen sich die gowski coil with integrator according to FIG
elektrischen Elemente zusammenfassen. Somit ergibt sich ein Ersatzschaltbild gemäß Figur 8. summarize electrical elements. This results in an equivalent circuit diagram according to FIG. 8.
Durch Lösen der Maschengleichung uM(t) = uL(t) + uR(t) + uc(t) (1) lässt sich die Spannung um(t) über der Gegeninduktivität M bestimmen und somit nach einer numerischen Integration, bei spielsweise im Mikroprozessor MP, der Primärstrom iP berech nen. Die Spannung uc(t) ist der Messwert über der Kapazität C des Integrators INT. Für die Berechnung der einzelnen Span nungen wird im ersten Schritt der sekundärseitige Strom By solving the mesh equation u M (t) = u L (t) + u R (t) + u c (t) (1) can determine the voltage by (t) over the mutual inductance M and thus calculate the primary current iP after a numerical integration, for example in the microprocessor MP. The voltage u c (t) is the measured value across the capacitance C of the integrator INT. In the first step, the secondary current is used to calculate the individual voltages
iLRC(t) berechnet: iLRC (t) calculated:
Damit lässt sich die Spannung über der zusammengefassten Re sistanz von der Rogowskispule und Integrator entsprechend der folgenden Formel berechnen: duc(t) The voltage across the combined resistance of the Rogowski coil and integrator can be calculated using the following formula: du c (t)
uR(t) = RC (3) dt u R (t) = RC (3) dt
Die Spannung über einer Induktivität berechnet sich allgemein nach di(t) The voltage across an inductor is generally calculated according to di (t)
u(t) = L (4) dt  u (t) = L (4) dt
Entsprechend dem Ersatzschaltbild gemäß Figur 8 wird für die Berechnung der Spannung uL über der Induktivität der Strom According to the equivalent circuit diagram in FIG. 8, the current is used to calculate the voltage u L across the inductance
ILRC verwendet . dlLRC(t) ILRC used. d l LRC (t)
uL(t) = L u L (t) = L
dt (5)  dt (5)
Durch Einsetzen der Gleichung 2 in Gleichung 5 lässt sich uL direkt aus der gemessenen Spannung uc berechnen: d2uc(t) By inserting equation 2 into equation 5, u L can be calculated directly from the measured voltage u c : d 2 u c (t)
uL(t) = LC u L (t) = LC
d2t (6) Mit Einsetzen der Gleichung 3 und 5 in die Gleichung 1, wird die Spannung uM(t) über der Gegeninduktivität der Rogowskispu le berechnet : d2uc(t) duc(t) d 2 t (6) By inserting equations 3 and 5 into equation 1, the voltage u M (t) is calculated over the mutual inductance of the Rogowski coil: d 2 u c (t) du c (t)
uM(t) = LC + RC + uc(t) (7) d2t dt u M (t) = LC + RC + u c (t) (7) d 2 t dt
Unter Berücksichtigung der Gegeninduktivität M und des Kno tenpunktsatzes ermittelt sich durch die Integration der Stro mänderung der Primärstrom wie folgt: Taking into account the mutual inductance M and the node set, the integration of the current change determines the primary current as follows:
Wird eine dementsprechende Berechnung angewandt, zeigt sich ein (quasi) übereinstimmender berechneter phasenrichtiger If a corresponding calculation is used, a (quasi) matching calculated phase is shown
Stromwert ip(t) -B im Vergleich zu einem gemessenen Stromwert ip(t) - G, gemäß Figur 9. Current value ip (t) -B compared to a measured current value ip (t) - G, according to FIG. 9.
Für eine hinreichend genaue Berechnung kann in der Praxis auf die Berücksichtigung des sekundärseitigen Stroms der Ro In practice, for a sufficiently precise calculation, the Ro
gowskispule verzichtet werden. gowski coil can be dispensed with.
Wird der Integrator INT an der Rogowskispule um eine bzw. If the integrator INT on the Rogowski coil is
mehrere Filter bzw. Filterschaltungen FI erweitertet, so sind diese Elemente vorteilhaft entsprechend einem Ersatzschalt bild im Übertragungsverhalten zu berücksichtigen. In Anleh nung an den dargestellten Lösungsweg, mit einer aufgestellten Maschengleichung, kann das Übertragungsverhalten bestimmt und somit der Primärstrom berechnet werden. If several filters or filter circuits FI are expanded, these elements should advantageously be taken into account in the transmission behavior in accordance with an equivalent circuit diagram. Based on the solution presented, with a mesh equation, the transmission behavior can be determined and thus the primary current can be calculated.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die klassischen Strom The invention has the advantage that the classic current
wandler (große Bauform) durch kompakte, leichte Rogowskispu len ersetzt werden können. converter (large design) can be replaced by compact, lightweight Rogowski coils.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Niederspannungsleistungsschalter (LS) für einen Nieder- spannungswechselstromkreis , aufweisend : 1. A low-voltage circuit breaker (LS) for a low-voltage alternating current circuit, comprising:
- eine Rogowskispule (RS1, RS2, RS3, RSN) zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters (LI, L2, L3, N) des Niederspannungswechselstromkreises, die eine analoge Spannung (Al, A2, A3, AN) abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ist,  - A Rogowski coil (RS1, RS2, RS3, RSN) for determining the amount of electrical current of a conductor (LI, L2, L3, N) of the low-voltage alternating current circuit, which outputs an analog voltage (Al, A2, A3, AN) that a Equivalent to the amount of electrical current of the conductor is
- eine Unterbrechungseinheit (UE) mit Kontakten (K) , zur Un terbrechung des Niederspannungswechselstromkreises,  - an interruption unit (UE) with contacts (K), for the interruption of the low-voltage AC circuit,
- eine mit der Rogowskispule (SEI) und der Unterbrechungsein heit (UE) verbundene elektronischen Auslöseeinheit (ETU) mit einem Mikroprozessor (MP) , die derart ausgestaltet sind, dass bei Überschreitung von Strom- oder/und Strom-Zeitspannen- Grenzwerten des Phasenleiters eine Unterbrechung des Nieder spannungswechselstromkreises veranlasst wird,  - A with the Rogowski coil (SEI) and the interruption unit (UE) connected electronic trip unit (ETU) with a microprocessor (MP), which are designed such that when the current and / or current-time limit values of the phase conductor are exceeded Interruption of the low voltage AC circuit is initiated,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Rogowskispule (RS1, RS2, RS3, RSN) mit einem analo gen Integrator (INT) verbunden ist, dem ein Analog-Digital- Umsetzer (ADU) folgt, der die integrierte analoge Spannung (uc (t) ) in ein digitales Signal (PI, P2, P3, PN) umsetzt, das durch den Mikroprozessor derart weiterverarbeitet wird, dass die durch die Rogowskispule und von der Rogowskispule nachge schalteten Komponenten erzeugte Phasenverschiebung kompen siert wird, so dass phasenrichtige Stromwerte (ip(t)) für die Erkennung von Fehlersituationen zum Schutz des Niederspan nungswechselStromkreises vorliegen . that the Rogowski coil (RS1, RS2, RS3, RSN) is connected to an analog integrator (INT), which is followed by an analog-to-digital converter (ADC), which converts the integrated analog voltage (uc (t)) into a digital signal (PI, P2, P3, PN), which is further processed by the microprocessor in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil and the components connected by the Rogowski coil is compensated, so that phase-correct current values (ip (t)) for the detection error situations to protect the low-voltage alternating circuit.
2. Niederspannungsleistungsschalter (LS) nach Patentanspruch2. Low voltage circuit breaker (LS) according to claim
1, 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Erkennung einer Fehlersituation eine Störlichtbogen erkennung ist, die mit den phasenrichtigen Stromwerten that the detection of a fault situation is an arcing fault detection, with the correct phase current values
(ip(t)) ermittelt wird. (ip (t)) is determined.
3. Störlichtbogenerkennungseinheit (SLE) für einen Nieder- spannungswechselstromkreis , - mit mindestens einer Rogowskispule (RS1) zur Ermittlung der Höhe des elektrischen Stromes eines Leiters (LI) des Nieder spannungswechselstromkreises, die eine analoge Spannung (Al) abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ist, 3. Arc fault detection unit (SLE) for a low-voltage AC circuit, with at least one Rogowski coil (RS1) for determining the level of the electrical current of a conductor (LI) of the low-voltage alternating current circuit, which outputs an analog voltage (Al) that is equivalent to the level of the electrical current of the conductor,
- mit mindestens einem Spannungssensor (SS) zur Ermittlung der Höhe der Spannung des Leiters (LI) der Niederspannungs wechselstromkreises,  - with at least one voltage sensor (SS) for determining the level of the voltage of the conductor (LI) of the low-voltage alternating current circuit,
- mit einem Mikroprozessor (MP) , der mit der ermittelten Höhe des Stromes und der Spannung des Niederspannungswechselstrom kreises eine Störlichtbogenerkennung durchführt und bei Über schreitung mindestens eines Grenzwertes ein Störlichtbogener kennungssignal (SLES) abgibt,  - With a microprocessor (MP), which carries out an arc fault detection with the determined level of current and voltage of the low-voltage alternating current circuit and, when at least one limit value is exceeded, emits an arc fault identification signal (SLES),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Rogowskispule (RS1) mit einem analogen Integrator (INT) verbunden ist, dem ein Analog-Digital-Umsetzer (ADU) folgt, der die integrierte analoge Spannung (uc (t) ) in ein digitales Signal (PI) umsetzt, das durch den Mikroprozessor (MP) derart weiterverarbeitet wird, dass die durch die Ro gowskispule (RS1) und von der Rogowskispule nachgeschalteten Komponenten erzeugte Phasenverschiebung kompensiert wird, so dass phasenrichtige Stromwerte (ip(t)) für die Störlichtbo generkennung ermittelt und verwendet werden. that the Rogowski coil (RS1) is connected to an analog integrator (INT), which is followed by an analog-to-digital converter (ADC), which converts the integrated analog voltage (uc (t)) into a digital signal (PI), which by the microprocessor (MP) is further processed in such a way that the phase shift generated by the Ro gowski coil (RS1) and the components connected downstream from the Rogowski coil is compensated, so that in-phase current values (ip (t)) are determined and used for the arcing fault detection.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
dass zwischen Rogowskispule (RS1) und Analog-Digital-Umsetzer (ADU) ein Verstärker (V) vorgesehen ist. that an amplifier (V) is provided between the Rogowski coil (RS1) and the analog-digital converter (ADC).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in
dass der Rogowskispule (RS1) oder dem Integrator (INT) ein Filter (FI) nachgeschaltet oder dem Analog-Digital-Umsetzer (ADU) ein Filter (FI) vorgeschaltet ist. that a filter (FI) is connected downstream of the Rogowski coil (RS1) or the integrator (INT) or that a filter (FI) is connected upstream of the analog-digital converter (ADC).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in
dass die Rogowskispule (RS1) durch eine Gegeninduktivität (M) , eine Streufeldinduktivität (L) und einen Wicklungswider stand (RR) gekennzeichnet ist; that the Rogowski coil (RS1) through a mutual inductance (M), a stray field inductance (L) and a winding resistance (RR) is marked;
dass der analoge Integrator (INT) mindestens eine Wider stands-Kondensator Anordnung aufweist, mit einer resultieren den Kapazität (C) und einem Integrator-Widerstand (Rinte) . that the analog integrator (INT) has at least one resistance capacitor arrangement, with a result of the capacitance (C) and an integrator resistance (Rinte).
7. Anordnung nach Patentanspruch 6, 7. Arrangement according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass aus dem digitalen Signal (PI, P2, P3, PN) mittels der Gegeninduktivität (M) , der Streufeldinduktivität (L) , der re sultierenden Kapazität (C) und der Summe aus Wicklungswider stand (RR) und Integrator-Widerstand (Rinte) , die einen re sultierenden Widerstand (R) bilden, phasenrichtige Stromwerte (ip(t)) errechnet werden. that from the digital signal (PI, P2, P3, PN) by means of the mutual inductance (M), the stray field inductance (L), the resultant capacitance (C) and the sum of winding resistance (RR) and integrator resistance (Rinte) , which form a resultant resistance (R), in-phase current values (ip (t)) are calculated.
8. Anordnung nach Patentanspruch 7, 8. Arrangement according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die phasenrichtigen Stromwerte (ip(t)) der Höhe des Stromes des Leiters durch zeitliche (dt) Integration gemäß folgender Formel errechnet werden: that the in-phase current values (ip (t)) of the amount of current in the conductor are calculated by temporal (dt) integration according to the following formula:
9. Verfahren zur Störlichtbogenerkennung für einen Nieder- spannungswechselstromkreis , 9. Procedure for arcing fault detection for a low-voltage alternating current circuit,
- bei dem Spannungswerte mindestens eines Leiter des Nieder spannungswechselstromkreis ermittelt werden,  - the voltage values of at least one conductor of the low-voltage alternating current circuit are determined,
- bei dem mit einer Rogowskispule Stromwerte des mindestens einem Leiters des Niederspannungswechselstromkreis ermittelt werden, wobei die Rogowskispule eine analoge Spannung (Al) abgibt, die ein Äquivalent der Höhe des elektrischen Stromes des Leiters ist,  in which current values of the at least one conductor of the low-voltage alternating current circuit are determined using a Rogowski coil, the Rogowski coil emitting an analog voltage (Al) which is an equivalent of the amount of the electrical current of the conductor,
- die Spannungswerte und Stromwerte einem Mikroprozessor (MP) zugeführt werden, der derart ausgestaltet ist, das eine Stör lichtbogenerkennung durchgeführt wird und bei Überschreitung mindestens eines Grenzwertes ein Störlichtbogenerkennungssig- nal (SLES) abgegeben wird, - The voltage values and current values are fed to a microprocessor (MP) which is designed in such a way that an arcing fault detection is carried out and an arcing fault detection signal is exceeded if at least one limit value is exceeded. nal (SLES) is delivered,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die analoge Spannung integriert wird und derart weiter verarbeitet wird, dass die durch die Rogowskispule und den Integrator erzeugte Phasenverschiebung kompensiert wird, der art dass phasenrichtige Stromwerte (ip(t)) für die Störlicht bogenerkennung ermittelt und verwendet werden. that the analog voltage is integrated and processed further in such a way that the phase shift generated by the Rogowski coil and the integrator is compensated for, in such a way that phase-correct current values (ip (t)) are determined and used for arc fault detection.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die analoge Spannung oder integrierte analoge Spannung gefiltert oder verstärkt wird. that the analog voltage or integrated analog voltage is filtered or amplified.
11. Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, 11. The method according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kompensation der Phasenverschiebung im Mikroprozes sor durchgeführt wird, der durch numerische Rückberechnung mittels der Gegeninduktivität (M) , der Streufeldinduktivität (L) , der resultierenden Kapazität (C) und der Summe aus Wick lungswiderstand (RR) und resultierenden Widerstand (Rinte) phasenrichtige Stromwerte ( ip (t )) errechnet . that the compensation of the phase shift is carried out in the microprocessor, which is in phase by numerical back calculation using the mutual inductance (M), the stray field inductance (L), the resulting capacitance (C) and the sum of winding resistance (RR) and resulting resistance (Rinte) Current values (ip (t)) calculated.
12. Verfahren nach Patentanspruch 11, 12. The method according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass bei der numerischen Rückberechnung die physikalischen Größen weiterer Komponenten, insbesondere eines Filters o- der/und Verstärkers, berücksichtigt werden. that the physical variables of further components, in particular a filter or / and amplifier, are taken into account in the numerical back calculation.
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